2. Методы получения топометрической информации

Анатомическая или топометрическая информация о структуре органов и тканей индивидуальна для каждого пациента. Она определяет точность подвеления дозы к мишени, максимальную защиту окружающих здоровых тканей и успех лечения.

Традиционно топометрическая информация представляется в виде одного или нескольких поперечных срезов тела пациента.

Наиболее детальная информация может быть представлена с помощью компьютерного томографа. Тело пациента просвечивается пучком рентгеновского излучения, которое регистрируется набором детекторов. Система «рентгеновская трубка – детекторы» вращается вокруг оси пациента вокруг разных точек этой оси, создавая изображения в разных срезах. Данные томографа преобразуются в матрицу значений, приблизительно соответствующих электронной плотности данного элемента изображения (единицы Хаунсфилда). -1000 соответствует вакууму, 0 – воде. Для материалов, которые не являются водноэквивалентными (кость), линейность нарушается. ρ– электронная плотность, для воды 1.

ρ = 1000 + 0.001 H, если H  100,

ρ = 1052 + 0.00048 H, если H < 100.

Изображение среза состоит из пикселей (picture element). В его пределах плотность усредняется. На основе нескольких срезов может быть воссоздано трёхмерное описание тела в виде вокселей (volume element), имеющих форму прямоугольного параллелепипеда или куба.

Более простым и менее точным методом получения поперечного среза является рентгеновский симулятор или рентгенодиагностические установки. Делаются как минимум два снимка в двух ортогональных проекциях, для привязки к контуру тела используются рентгеноконтрастные метки.

Для ввода информации с бумажного носителя используется графический планшет (дигитайзер).

С методами получения и ввода информации связано представление тела – векторное или растровое. Векторное представление занимает меньше памяти, но приводит к большим погрешностям вычислений.

3. Биологические аспекты расчёта дозы

Имеются два взаимодействия ионизирующего излучения с организмом: с молекулами воды и с органическими молекулами . При взаимодействии с водой в основном образуются свободные электроны, ионы водорода и радикал OH. При взаимодействии их с органическими молекулами образуются органические радикалы. При взаимодействии излучения с органическими молекулами образуются возбуждённые молекулы, ионы, радикалы и перекиси. Эти высокоактивные соединения взаимодействуют с другими молекулами организма, что приводит к повреждениям генетического аппарата, мембран, других структур клеток.

Общие закономерности.

• Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии.

• Ионизирующее излучение действует на последующие поколения клеток через наследственный аппарат.

• Для биологического действия излучения характерен скрытый (латентный) период.

• Разные части клеток реагируют по-разному. Наиболее чувствительно ядро клетки.

• Наиболее уязвимая функция клетки – способность к делению, поэтому прежде всего поражаются растущие ткани, а также постоянно или периодически делящиеся ткани (слизистая оболочка кишечника и желудка, органы кроветворения и т.д.).

Для данного вида излучения биологическое действие обычно тем больше, чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощённой дозе оказывают разные воздействия.

В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновским и гамма-излучениями.

Коэффициент К, показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем у образцового вида, при одинаковой дозе излучения в тканях, называется коэффициентом качества. В радиобиологии это относительная биологическая эффективность (ОБЭ). Устанавливается экспериментально. Зависит не только от вида частицы, но и от её энергии, разовой дозы, мощности дозы(для протонов 2-20 МэВ зависимости нет), заряда и, возможно, ЛПЭ. Для протонов ОБЭ 1.0 – 1.4, принимается 1.1. Если нормироваться не на рентген, а на излучение Co⁶⁰, то ОБЭ увеличивается на 10-20%.

Представление о биологическом действии излучения показывает эквивалентная доза

H = D·K.

Эквивалентная доза имеет ту же размерность, что и поглощённая, но называется Зивертом (Зв).

При сочетанном облучении разными видами частиц и при фракционировании необходимо определить общую эффективную дозу. Обычно все биологически эффективные дозы (БЭД) суммируются, но если учитывать ОБЭ, то БЭД перестаёт быть аддитивной величиной.